CN101700538B - 用于金属挤压的复合式冷却装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种用于金属挤压的复合式冷却装置及系统，包括：环形空心套，环形空心套的内壁形成用于冷却挤压型材的第一冷却通道，环形空心套的外壁和内壁之间设置有容置腔，容置腔中设置有用于冷却挤压型材用的冷却液；空心桶，空心桶的进料端面上设置有进料口，进料口与环形空心套形成的第一冷却通道相对接，空心桶的出料端面上设置有与进料口相对的出料口，进料口和出料口之间形成用于冷却挤压型材的第二冷却通道；空心桶内的第二冷却通道的上方还设置有喷射管，喷射管上沿进料口至出料口的方向设置有数个用于向挤压型材喷射冷却液的喷嘴。通过设置环形空心套和空心桶使挤压型材快速降温，提高了挤压型材的冷却速度。

Description

用于金属挤压的复合式冷却装置及系统

技术领域

本发明实施例涉及冷却技术，特别涉及一种用于金属挤压的复合式冷却装置及系统。

背景技术

金属型材在使用过程中，为了适用使用的要求，需要通过挤压机将金属型材挤压成型。挤压机对金属型材进行挤压成型时，金属型材在挤压过程中会产生大量的热量，使挤压机挤压出的金属型材的温度升高，容易造成金属型材表面过度氧化，内部组织不均匀等挤压缺陷，使金属性能下降。

现有技术中，挤压机在挤压铝合金或镁合金时，通常采用压缩空气冷却。例如，采用排式风扇吹风冷却方法，通过排式风扇向挤压后的铝合金或镁合金的表面吹冷空气，从而对铝合金或镁合金进行冷却降温。

而现有技术中的排式风扇吹风冷却方法，只能保证较低的挤压速度，在铝合金或镁合金的挤压生产过程中，往往由于瞬时挤压速度过快，导致挤压出的铝合金或镁合金不能被快速冷却，出现型材内部金属晶粒过度长大使力学性能下降，表面过度氧化、甚至燃烧的情况，现有技术中冷却金属型材的速度较慢。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于金属挤压的复合式冷却装置及系统，以提高挤压型材的冷却速度。

本发明实施例提供了一种用于金属挤压的复合式冷却装置，包括：

一环形空心套，所述环形空心套的内壁形成用于冷却挤压型材的第一冷却通道，所述环形空心套的外壁和所述内壁之间设置有容置腔，所述容置腔中设置有用于冷却所述挤压型材用的冷却液；

一空心桶，所述空心桶的进料端面上设置有进料口，所述进料口与所述环形空心套形成的第一冷却通道相对接，所述空心桶的出料端面上设置有与所述进料口相对的出料口，所述进料口和所述出料口之间形成用于冷却所述挤压型材的第二冷却通道；所述空心桶内的所述第二冷却通道的上方还设置有喷射管，所述喷射管上沿所述进料口至所述出料口的方向设置有数个用于向所述挤压型材喷射冷却液的喷嘴。

本发明实施例提供了一种冷却系统，包括：

冷却液储存装置，用于盛放冷却液；

空气压缩机，与所述冷却液储存装置连接，通过制备压缩空气将所述冷却液储存装置内的冷却液排出；

用于金属挤压的复合式冷却装置，与所述冷却液储存装置连接，用于接收所述空气压缩机压排出的冷却液并应用所述冷却液冷却挤压型材，其中，所述用于金属挤压的复合式冷却装置为上述用于金属挤压的复合式冷却装置。

本发明实施例提供的用于金属挤压的复合式冷却装置及系统，通过设置环形空心套，使挤压型材与环形空心套内的冷却液进行热传递，使挤压型材快速降温；并通过设置空心桶，将冷却液通过喷嘴管直接喷到经过环形空心套处理过的挤压型材，使挤压型材快速降温，提高了挤压型材的冷却速度。

附图说明

图1为本发明用于金属挤压的复合式冷却装置实施例的结构示意图；

图2为本发明冷却系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

图1为本发明用于金属挤压的复合式冷却装置实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例用于金属挤压的复合式冷却装置包括：环形空心套1和空心桶2，分别通过间接冷却和直接冷却的方式对从挤压机中挤出的、具有高温度的挤压型材4进行快速冷却。具体地介绍如下：

环形空心套1的内壁12形成用于冷却挤压型材4的第一冷却通道，环形空心套1的外壁11和内壁12之间设置有容置腔15，该容置腔15中设置有用于冷却挤压型材4用的冷却液。本实施例中的冷却液可以以液氮为例，对本发明进行说明，由于氮气是大气中含量最多的成分，液氮作为制氧工业的副产品，来源十分广阔。使用液氮作为冷却媒介，应用后直接挥发成气体返回到大气中，没有任何污染物。当挤压机将挤压型材4从挤出机的出口挤出后，高温的挤压型材4将进入环形空心套1的第一冷却通道中。由于刚从挤压机挤出的挤压型材4的温度很高，如果将挤压型材4直接放入液氮中冷却，会造成挤压型材4与液氮发生化学反应，从而会降低挤压型材4的质量。本实施例中，挤压型材4进入到第一冷却通道后，挤压型材4与容置腔15中的液氮采用热传递的方式，通过内壁12传递热量，实现了间接冷却。具体地，环形空心套1的外形可以是圆柱形，也可以是立方柱体，本发明对环形空心套1的外部形状不做限定。环形空心套1的外壁11和内壁12之间形成封闭的容置腔15，该容置腔15中可以盛放液氮用来冷却挤压型材4。内壁12形成与挤压型材4的外形尺寸相配合的第一冷却通道，用于供给挤压型材4从中穿过。具体地冷却过程为，挤压型材4在穿过第一冷却通道的过程中，挤压型材4的热量通过内壁12传给容置腔15中的液氮，通过液氮快速吸收挤压型材4的热量，从而使挤压型材4的温度快速下降。

经过环形空心套1冷却过的挤压型材4的温度虽有大幅度降低，但是，从环形空心套1的第一冷却通道出来的挤压型材4的温度依然很高。为了进一步降低挤压型材4的温度，挤压型材4从环形空心套1的第一冷却通道穿出后，进入到空心桶2内。空心桶2的进料端面上设置有进料口，进料口与环形空心套1形成的第一冷却通道相对接，空心桶2的出料端面上设置有与进料口相对的出料口，进料口和出料口之间形成用于冷却挤压型材4的第二冷却通道；空心桶2内的第二冷却通道的上方还设置有喷射管21，喷射管21上沿进料口至出料口的方向设置有数个用于向挤压型材4喷射冷却液的喷嘴211。由于挤压型材4经过环形空心套1冷却处理后，挤压型材4的温度大幅度降低，此时的挤压型材4可以与液氮直接接触进行冷却，并且不会与液氮发生化学反应。

本实施例中，挤压型材4进入空心桶2内，通过直接将液氮喷射在挤压型材4上，实现了直接冷却。具体地，空心桶2可以截面为圆形的空心桶，可以是截面为方形的空心桶，本发明对环形空心套1的外部形状不做限定。空心桶2进料端面设置有用于供挤压型材4进入的进料口，并且该进料口与环形空心套1的第一冷却通道的出口端对应连接，从而使挤压型材4从第一冷却通道穿出后，通过进料口直接进入空心桶2内。空心桶2出料端面还设置有与进料口对应的出料口，该出料口用于排出空心桶2内挤压型材4，进料口与出料口之间形成了用于冷却挤压型材4第二冷却通道。为了实现对进入空心桶2内的挤压型材4进行直接冷却，空心桶2内位于第二冷却通道的上方设置有喷射管21，喷射管21上沿挤压型材4的运动方向设置有数个用于向挤压型材4喷射液氮的喷嘴211。具体地冷却过程为，挤压型材4经过环形空心套1处理后，通过空心桶2的进料口进入空心桶2内，空心桶2内的喷射管21通过喷嘴211将液氮直接喷射到挤压型材4的表面上，对挤压型材4进行快速降温，最后，降温后的挤压型材4由空心桶2的出料口输出。

本实施例提供的用于金属挤压的复合式冷却装置，通过环形空心套中的液氮与挤压型材进行热传递，使挤压型材快速降温；并通过空心桶中的喷射管直接将液氮喷到经过环形空心套处理过的挤压型材表面，使挤压型材快速降温，提高了挤压型材的冷却速度。环形空心套与挤压型材采用热传递的方式降温，使刚挤压成型的高温挤压型材不与液氮直接接触，可以减小高温挤压型材与液氮或其他物质发生化学反应的几率；空心桶中的喷射管可以直接将液氮喷到经过环形空心套冷却处理后的挤压型材，使挤压型材与液氮直接接触，更快速的降低挤压型材的温度，更有利于提高挤压型材的冷却速度。

基于上述技术方案，可选的，本实施例用于金属挤压的复合式冷却装置中，环形空心套1的外壁11上设置有用于向容置腔15内注入冷却液的第一注入口13，还设置有用于排出冷却液的第一排出口14；空心桶2的外壁上设置有用于向喷射管21内注入冷却液的第二注入口22，还设置有用于排出冷却液的第二排出口23。更进一步的，为了实现液氮的循环利用，本实施例中，第一排出口14可以与第二注入口22对接。具体地，对于环形空心套1，液氮经过第一注入口13注入容置腔15内，容置腔15内的冷却液与挤压型材4进行热传递，对挤压型材4进行降温，最后液氮通过第一排出口14排出。对于空心桶2，液氮经过第二注入口22注入喷射管21内，喷射管21通过喷嘴211将液氮直接喷射到挤压型材4上，对挤压型材4进行降温，最后，液氮从挤压型材4的表面流到空心桶2的底部，并通过第二排出口23排出。对于环形空心套1中使用过的液氮，其温度依然很低，因此，可以重复利用环形空心套1使用过的液氮。通过将第一排出口14与第二注入口22对接后，第环形空心套1使用过的液氮流入空心桶2中，并通过喷射管21将使用过的液氮喷射到挤压型材4上，对挤压型材4进行直接冷却。本实施例用于金属挤压的复合式冷却装置通过将第一排出口14与第二注入口22对接，使环形空心套1使用过的液氮输入到空心桶2中，液氮可以被重复利用，可以更有效的利用液氮，减少了液氮的使用量。

本实施例提供的用于金属挤压的复合式冷却装置通过分别在环形空心套和空心桶上设置液氮的注入口和排出口，可以方便的将液氮注入到用于金属挤压的复合式冷却装置中，并能够将使用过的液氮方便的排出。通过将环形空心套的第一排出口与空心桶的第二注入口对接，空心桶可以重复利用环形空心套使用过的液氮，可以更有效的利用液氮，减少了液氮的使用量。

基于上述技术方案，可选的，本实施例用于金属挤压的复合式冷却装置中，喷嘴211向外喷射冷却液的喷射方向与第二冷却通道的主轴方向垂直，使喷嘴211喷射的冷却液垂直的喷射到挤压型材4上。具体地，为了增强喷嘴211喷射液氮对挤压型材4的冲击强度，使喷射出的液氮能够快速的喷射到挤压型材4上，并与挤压型材4的表面充分接触，喷嘴211喷射液氮的方向与第二冷却通道的主轴方向垂直，也就是说，喷嘴211喷射液氮的方向与挤压型材4的运动方向垂直。从而使喷嘴211喷出的液氮能够垂直的喷射到挤压型材4，液氮与挤压型材4撞击后充分散布在挤压型材4的表面，液氮快速吸收挤压型材4的热量，使挤压型材4快速降温。

为了更方便的控制喷射出的液氮的喷射强度和喷射角度，本实施例用于金属挤压的复合式冷却装置还可以包括：与喷射管21连接的、用于控制喷射管21上的数个喷嘴211的控制单元(未图示)。具体地，该控制单元用于控制喷嘴211的开关以及喷嘴211喷射冷却液的喷射强度及喷射角度，从而方便的实现控制液氮的喷射强度和喷射角度。

为了实现以使用较少的液氮，快速降低挤压型材4的温度的效果，本实施例用于金属挤压的复合式冷却装置中，喷射管21上的相邻喷嘴211之间的间距，沿进料口至出料口的方向上由小到大设置。具体他，在空心桶2内，相邻喷嘴211之间的间距沿进料口至出料口的方向由小到大设置，也就是说，相邻喷嘴211沿挤压型材4运动方向，由密到疏在喷射管21上设置有多个喷嘴211。因为，在空心桶2的进料口处，挤压型材4的温度很高，需要向挤压型材4上喷射大量的液氮，以快速降低挤压型材4的温度，因此，相邻喷嘴211在进料口处的间距较小，设置喷嘴211的个数较多；沿着挤压型材4运动方向，挤压型材4的温度逐渐降低，对于低温的挤压型材4无需再对其喷射大量的液氮进行冷却，因此，相邻喷嘴211在出料口处的间距较大，设置喷嘴211的个数较少。

本实施例用于金属挤压的复合式冷却装置中，通过设置喷嘴的喷射方向与第二冷却通道的主轴方向垂直，使喷嘴喷出的液氮能够垂直的喷射到挤压型材，液氮与挤压型材撞击后充分散布在挤压型材的表面，液氮快速吸收挤压型材的热量，使挤压型材快速降温。通过设置控制单元控制喷嘴的开关以及喷嘴喷射冷却液的喷射方向和喷射强度，可以方便的对喷嘴进行控制。通过将喷嘴的间距沿进口至出口方向由小到大设置，使喷射管对进料口处高温的挤压型材部分喷射大量的液氮，使高温的挤压型材快速降温；随着挤压型材温度的沿进料口至出料口的方向逐渐降低，喷射管无需喷射大量的液氮，减少了液氮的使用量，从而提高了液氮的利用率，提高了挤压型材的冷却速度。

基于上述技术方案，可选的，环形空心套1外设置有支撑套(未图示)，支撑套外设置有保温层(未图示)，空心桶2外也设置有保温层(未图示)。具体地，由于环形空心套1中盛放有大量的液氮，因此，在其外部需要设置支撑套用于保护固定环形空心套1，同时，支撑套还有利于降低环形空心套1中的液氮与外界环境进行热交换，有效的维持了环形空心套1中的液氮的温度。为了更有效的减少环形空心套1和空心桶2中的液氮与外界环境进行热交换，更有效的保持环形空心套1和空心桶2中的液氮的低温状态，在支撑套和空心桶2外设置有保温层，通过保温层使外界环境与环形空心套1和空心桶2内的液氮有效的隔离，降低外界环境对液氮的影响。

本实施例用于金属挤压的复合式冷却装置中，通过在环形空心套外设置有支撑套，可以有效的保护环形空心套不被损坏，并有利于环形空心套的安装固定，同时，对环形空心套中的液氮起保温作用。通过在支撑套和空心桶外设置保温层，可以有效的减少环形空心套和空心桶内的冷却液与外界环境进行热传递，保温层可以对液氮起到保温作用，维持液氮较低的温度，更有利于快速降低挤压型材的温度。

图2为本发明冷却系统实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例冷却系统，包括：冷却液储存装置、空气压缩机202和用于金属挤压的复合式冷却装置203，其中冷却液储存装置，分别与空气压缩机202和用于金属挤压的复合式冷却装置203连接。

冷却液储存装置用于盛放冷却液。本实施例中的冷却液储存装置可以盛放液氮或水作为冷却液。冷却液储存装置可以具体为并联杜瓦瓶组201，其中，并联杜瓦瓶组201为常规商用硼硅玻璃杜瓦瓶，三个一组并联，用来装盛冷却液，例如，液氮。

空气压缩机202与冷却液储存装置连接，通过制备压缩空气将冷却液储存装置内的冷却液排出。具体地，本实施例空气压缩机202通过管道与并联杜瓦瓶组201连接，通过制备压缩空气，并将压缩空气输入并联杜瓦瓶组201中，压缩空气将并联杜瓦瓶组201中的冷却液排出，使并联杜瓦瓶组201按需要的量或速度供应液氮。

用于金属挤压的复合式冷却装置203与冷却液储存装置连接，用于接收空气压缩机202压排出的冷却液并应用冷却液冷却挤压型材，其中，用于金属挤压的复合式冷却装置203采用本发明用于金属挤压的复合式冷却装置实施例中的用于金属挤压的复合式冷却装置，具体结构参照本发明用于金属挤压的复合式冷却装置实施例及图1的记载，在此不再赘述。具体地，用于金属挤压的复合式冷却装置203与并联杜瓦瓶组201液氮出口连接，置于挤压机前端出料口，用以快速冷却挤压出的型材。通过并联杜瓦瓶组201与空气压缩机202相连，空气压缩机202压缩的空气进入并联杜瓦瓶组201中，使液氮压入用于金属挤压的复合式冷却装置203中，从而使用于金属挤压的复合式冷却装置203得到喷射液氮所需压力。用于金属挤压的复合式冷却装置203利用液氮冷却挤压型材205，使挤压型材205快速降温。

本发明冷却系统通过空气压缩机制备压缩空气，并通过将压缩空气输入并联杜瓦瓶组中，将并联杜瓦瓶组内的液氮输入用于金属挤压的复合式冷却装置中，使用于金属挤压的复合式冷却装置利用液氮将挤压型材快速降温，提高了挤压型材的冷却速度。

基于上述技术方案，可选的，本实施例冷却系统包括控制装置，控制装置分别与空气压缩机202、冷却液储存装置和用于金属挤压的复合式冷却装置203电连接，用于控制空气压缩机202和冷却液储存装置的开启和关闭，并用于控制用于金属挤压的复合式冷却装置203中喷嘴的开启时间、喷射强度和喷射角度。具体地，控制装置可以为中央控制台204，中央控制台204通过分别连接设置在并联杜瓦瓶组201、空气压缩机202和用于金属挤压的复合式冷却装置203上的压力表207，实现控制液氮的自动喷射及补给，即当并联杜瓦瓶组201中工作的杜瓦瓶中气压逐渐降低到临界值，中央控制台204启动液氮填充系统，通过并联杜瓦瓶组201其他的杜瓦瓶对工作中的杜瓦瓶进行液氮补充；中央控制台204通过控制设置在并联杜瓦瓶组201、空气压缩机202和用于金属挤压的复合式冷却装置203上的阀门206，控制液氮喷射的自动起始和终止，并实现冷却强度的自动控制。

本发明冷却系统通过控制装置控制空气压缩机、并联杜瓦瓶组和用于金属挤压的复合式冷却装置，可以实现冷却系统的自动化控制，方便对挤压型材进行冷却。

基于上述技术方案，可选的，本实施例冷却系统包括温度监控装置，该温度监控装置与控制装置电连接，用于检测挤压机出口处挤出的挤压型材的温度。具体地，温度监控装置可以为温度监控仪208，温度监控仪208监测到挤压机出口处挤出的挤压型材205的温度后，将温度信号反馈给中央控制台204，中央控制台204根据接收到的温度信号控制并联杜瓦瓶组201、空气压缩机202和用于金属挤压的复合式冷却装置203的启动和关闭。挤压结束后，温度监控仪208发送温度反馈信号通知中央控制台204，使中央控制台204切断液氮喷射。

本发明冷却系统通过温度监控装置监测挤压型材的温度，并将温度信号反馈给控制装置，使控制装置根据温度信号控制冷却系统的运行，提高了挤压型材的冷却速度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于金属挤压的复合式冷却装置，其特征在于，包括：

一环形空心套，所述环形空心套的内壁形成用于冷却挤压型材的第一冷却通道，所述环形空心套的外壁和所述内壁之间设置有容置腔，所述容置腔中设置有用于冷却所述挤压型材用的冷却液；

一空心桶，所述空心桶的进料端面上设置有进料口，所述进料口与所述环形空心套形成的第一冷却通道相对接，所述空心桶的出料端面上设置有与所述进料口相对的出料口，所述进料口和所述出料口之间形成用于冷却所述挤压型材的第二冷却通道；所述空心桶内的所述第二冷却通道的上方还设置有喷射管，所述喷射管上沿所述进料口至所述出料口的方向设置有数个用于向所述挤压型材喷射冷却液的喷嘴。

2.根据权利要求1所述的用于金属挤压的复合式冷却装置，其特征在于，所述环形空心套的外壁上设置有用于向所述容置腔内注入冷却液的第一注入口，还设置有用于排出冷却液的第一排出口；所述空心桶的外壁上设置有用于向所述喷射管内注入冷却液的第二注入口，还设置有用于排出冷却液的第二排出口。

3.根据权利要求2所述的用于金属挤压的复合式冷却装置，其特征在于，所述第一排出口与所述第二注入口对接。

4.根据权利要求1所述的用于金属挤压的复合式冷却装置，其特征在于，所述喷嘴向外喷射冷却液的喷射方向与所述第二冷却通道的主轴方向垂直。

5.根据权利要求1所述的用于金属挤压的复合式冷却装置，其特征在于，还包括与所述喷射管连接的、用于控制所述喷射管上的数个喷嘴的控制单元。

6.根据权利要求1至5任一所述的用于金属挤压的复合式冷却装置，其特征在于，所述喷射管上的相邻所述喷嘴之间的间距，沿所述进料口至所述出料口的方向上由小到大设置。

7.根据权利要求1所述的用于金属挤压的复合式冷却装置，其特征在于， 所述环形空心套外设置有支撑套，所述支撑套外设置有保温层，所述空心桶外也设置有保温层。

8.一种冷却系统，包括：

冷却液储存装置，用于盛放冷却液；

空气压缩机，与所述冷却液储存装置连接，通过制备压缩空气将所述冷却液储存装置内的冷却液排出；

用于金属挤压的复合式冷却装置，与所述冷却液储存装置连接，用于接收所述空气压缩机压排出的冷却液并应用所述冷却液冷却挤压型材；其特征在于，所述用于金属挤压的复合式冷却装置采用如权利要求1至7任一所述的用于金属挤压的复合式冷却装置。

9.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，还包括：

控制装置，分别与所述空气压缩机、所述冷却液储存装置和所述用于金属挤压的复合式冷却装置电连接，用于控制所述空气压缩机和所述冷却液储存装置的开启和关闭，并用于控制所述用于金属挤压的复合式冷却装置中所述喷嘴的开启时间、喷射强度和喷射角度。

10.根据权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，还包括：

温度监控装置，与所述控制装置电连接，用于检测挤压机出口处挤出的所述挤压型材的温度。 

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